操作光学网络单元的方法以及用于执行该方法的光学网络单元、光学线路终端和计算机软件与流程

本发明涉及具有千兆位能力的(gigabit-capable)无源光学网络或有源光学网络、在这样的网络中部署的动态带宽分配和功率节省(power saving)方案。

背景技术：

1、图1图示了无源光学网络(pon)100。无源光学网络的一个常见示例被称为具有千兆位能力的无源光学网络(gpon)，另一个示例是具有10千兆位能力的无源光学网络(xg-pon)，以及另一个示例是具有50千兆位能力的无源光学网络(50g pon)。在图1中所图示的无源光学网络中，光学线路终端(olt)装备110下行地朝向一个或多个客户装备设备传输光，每个客户装备设备是光学网络单元(onu)120a-120n。替代地，客户装备设备中的一个或多个可以是光学网络终端(ont)。该光被一个或多个无源和纯光学设备130a-130c拆分(split)，使得所有onu接收相同的光信号。每个光学设备130a-130c可以是无源光学分路器(splitter)，并且可以分割(divide)下行射束，使得它可以跨不同的光纤被发送。例如，分路器130a可以是1∶2分路器，130b可以是1∶32分路器，以及130c可以是1∶64分路器。

2、在下行方向上(即，从olt到onu)行进的光具有λd的波长，该波长例如对于gpon为1490nm。在上行方向上(即，从onu到olt)行进的光具有λu的波长，该波长例如对于gpon为1310nm。

3、图2图示了另一个pon 200。该pon包括olt 210、一个或多个onu(和/或ont)220a-220x以及无源光学分路器230。每个onu可以服务于一住宅/商业处所(premises)或多个处所。olt可以连接到一个或多个网络240a-240c。例如，olt可以连接到公共服务电话网络(pstn)、互联网和/或互联网协议电视(iptv)网络。

4、pon中的上行(例如从onu到olt)和下行(从olt到onu)信号通常通过相同的光纤来传输，并且通过上行和下行信号的相应光波长是不同的来彼此区分。所有onu可以接收相同的下行信号，每个onu仅解码指向其相应id的信息。olt调度来自onu的上行传输，使得一次仅一个onu进行传输。

5、在一帧期间onu可以在其处传输数据的时间从帧到帧而变化。这是为了使得olt可以将更多的时间分配给具有更多数据要传输的onu。调整由olt跨onu的传输时间分配被称为动态带宽分配。itu-t g.984.3amendment 1(03/2020)描述了动态带宽分配技术。

6、在上行方向上，olt控制每个onu何时被允许传输，以便防止在给定时间处多于一个onu进行传输。如果多个onu同时传输，则它们将会干扰彼此的信号。onu上行传输的调度可以通过在上行帧期间发送onu标识的带宽映射(bwmap)以及传输的开始时间和停止时间(或开始时间和持续时间)来实现。

7、图3图示了pon(诸如gpon)中的下行和上行传输的示例。传输被拆分成具有相等持续时间的帧。这些帧在适用的传输控制协议(gpon传输控制协议gtc，用于gpon)中被定义。每个下行帧302可以具有125μs的持续时间，并且包括首部304(也称为下行物理控制块pcbd)和数据部分306(也称为tc有效载荷)。

8、下行帧的首部包括带宽映射(bwmap)310。bwmap告知gpon中的每个onu它在对应的上行帧350期间何时可以进行传输，并且包括一个或多个分配结构312a-312n。每个分配结构包括对应于与该分配相关的onu的标识符320、开始时间324和授权大小(grant size)328。开始时间指示上行帧期间的第一字节的位置，在该位置处，onu的传输机会352开始，并且开始时间可以是16位的数字。授权大小指示在传输机会352期间在上行帧期间可以发送的数据的字节数量。开始时间可能不是绝对的，而是相对于帧的开始的。开始时间可以表达为从某个相对时间(诸如上行帧的开始)的计数的数量。onu可以在单个帧中被分配多个传输机会，如bwmap中所定义的。

9、该情境中的术语“帧”指代gtc、xgtc帧或任何其他pon技术帧(或者上行，或者下行)，除非另有指定。

10、为了交换操作和管理信息，olt和onu可以使用物理层操作和管理(ploam)信道来发送和接收消息。在下行方向上，pcbd可以包括下行ploam字段(ploamd)，olt使用该下行ploam字段向onu发送ploam消息。

11、根据由olt做出的分配，上行帧包括来自gpon中的多个onu的多个传输。以类似于下行传输的方式，每个上行数据传输包括tc首部和tc有效载荷。上行tc首部(也称为tc开销)可以包括上行ploam消息(ploamu)，onu使用该上行ploam消息向olt发送ploam消息。

12、ploam信道有时被称为“消息传递信道”。

13、tc有效载荷(或者上行，或者下行)可以包括通过相关pon封装方法(用于gpon的gem，用于xg-pon的xgem)在olt与onu之间发送的数据。该数据可以被组织成一个或多个gem帧。这些帧不同于上面描述的gtc帧，并且在本技术中将被称为“gem帧”。

14、onu可以被管理的另一种方式是经由onu管理和控制接口(omci)。管理站可以通过在gem帧中发送数据来经由omci与onu进行通信，所述gem帧包含等于该onu的onu标识符的端口id。omci信道可以用于握手和初始配置以及不频繁发生的配置改变。omci信道有时被称为“管理信道”。

15、针对光纤到户服务而设计的无源光学网络当前被设计有多个功率节省模式。这些功率节省模式使用从中心局装备(olt)发送到客户处所装备(onu)的管理消息被配置，并且随后通过ploam(物理层管理)信道中的控制消息被即时(on-the-fly)激活和去激活。

16、为了最小化功率消耗，onu可以提供多个现有的休眠模式，在这些模式期间，它们使它们的接收器、发射器或其两者掉电(power down)。itu-t series g supplement 45(05/2009)“gpon功率保护”描述了减少无源光学网络中的功率消耗的方法。存在各种各样的休眠模式在使用，诸如“警觉(watchful)休眠模式”(或“循环休眠模式”)。

17、在快速休眠中，olt向所有处于快速休眠模式的onu广播休眠ploam消息，该消息指示这些onu可以在下一个活动帧之前休眠一段时间。该消息包括指示下一个活动帧之前的休眠帧的数量的休眠计数器。onu必须针对该帧的开始及时唤醒，使得它可以执行同步功能并且接收包含用于下一个上行帧的分配数据的bwmap。

18、在循环休眠模式中，olt向onu发送消息，以允许onu针对一个或多个完整的帧使其发射器和接收器掉电。onu利用下一个活动帧之前的休眠帧的数量被单独地配置。当该帧数量已经到期时，onu将其接收器和发射器上电(power up)，作为向olt报告其状态的机会。onu必须周期性地唤醒，使得它可以执行同步功能，接收包含用于下一个上行帧的分配数据的bwmap，并且可选地向olt报告其状态。

19、在打盹(dozing)模式中，onu发射器掉电，而接收器保持活动。只要对于onu来说没有什么要发送，发射器就可以针对多个帧保持掉电。当onu退出打盹模式时(例如，因为它具有要发送的数据或者因为来自olt的命令)，它将发射器上电，并且在由olt分配的时隙中恢复发送上行业务，如bwmap中所描述的。与标准动态带宽分配一样，bwmap提供了用于下一个上行帧的时隙。

20、功率削减(power shedding)是自主支持的，并且onu不需要来自olt的任何许可或数据来执行功率削减。

21、图4中描述了现有技术的功率节省的“循环休眠”模式。

22、onu 410可以确定它在其上行数据缓冲器中没有要发送的数据(事件412)。为了节省功率，onu可以向olt 450发送“请求休眠”消息414。在接收到该请求时，olt可以授权该请求，并且向onu发送“休眠允许”消息452。在接收到休眠允许消息时，onu使其接收器和发射器掉电达预定数量的125μs帧(在事件416处)。该数量由olt来配置。当预定数量的帧已经过去时，olt将在下一个下行帧的bwmap中向onu分配传输机会454。onu必须及时将其发射器和接收器上电以接收该分配，并且通过在由olt分配的上载帧中传输数据来作出响应。

23、如上面描述的，现有的解决方案为onu提供了一种机制，即，当onu检测到其上行缓冲器中没有数据时请求进入休眠模式。olt可以预先(经由管理(omci)信道)利用onu在其内可以休眠的帧的数量(至少一个帧)来配置该请求。olt可以通过在消息传递(ploam)信道中发送“休眠允许”消息来允许onu在逐帧的基础上休眠。onu可以计划针对预先配置的数量的帧使其发射器掉电。在正常(非休眠)操作中，一旦onu已经发送了数据脉冲串(burst)，它就必须保持上电(在一帧内)，因为它不知道何时它将需要在后续帧中发送下一个数据脉冲串，这是由于这将在来自olt的后续管理信号中被分配。

24、本提案旨在通过提供改进的功率节省模式来减少onu功率消耗。

技术实现思路

1、本发明旨在通过允许onu在传输分配之间使其发射器数据掉电来减少onu功率消耗。这是通过向onu提供关于在下行帧中的bwmap所涉及的上行帧之外的上行帧中将何时分配传输机会的信息来实现的。

2、提供了一种控制无源光学网络pon中的光学网络单元onu的方法。该方法包括从光学线路终端olt向onu传送控制消息。该控制消息包括上行帧和一个或多个后续上行帧期间的在其处onu将被分配用于向olt传输数据的机会的最早时间的指示。

3、通过向onu提供在其处将在上行帧和一个或多个后续上行帧中分配传输机会的最早时间，onu可以计划在传输机会之间将其发射器置于低功率模式中。将发射器置于低功率模式中可以包括使发射器掉电，或者在一些示例中关闭发射器。因此，onu可以减少其功率消耗。这在现有系统中可能是不可能的，因为onu可能需要在上行帧的开始附近进行传输，并且因此必须使发射器上电且针对上行帧中的最早可能机会及时可用。

4、上行帧可以是与bwmap相关的上行帧。换句话说，来自olt的保证——onu将不会被分配早于最早时间的传输机会——可以立即生效。

5、一个或多个后续上行帧可以是一个或多个紧接其后的(immediatelysubsequent)上行帧。

6、olt可以向onu保证：从下一个上行帧(与bwmap相关的帧)开始的每个帧的传输机会将不会早于控制消息中提供的最早时间。

7、最早时间的指示可以包括上行帧的在其期间onu将不会被分配传输机会的比例(proportion)的指示。替代地，最早时间的指示可以包括从帧的开始的时间偏移(以字节为单位)。由于偏移可以以字节(块的数量或计数)来提供，而不是按照时间(例如以微秒)来提供，因此“最早时间的指示”可以同等地被认为是上行帧期间的“最早点的指示”。帧的持续时间可以是125微秒(μs)。最早时间的指示可以是朝向帧的结束(例如，最早时间可以是通过帧的路线(way)的50％、60％、70％、80％或90％)。对于上行帧和一个或多个紧接其后的上行帧，在该上行帧的开始与时间偏移之间的该上行帧的初始部分期间，onu不应被分配用于向olt传输数据的机会。可以根据用于bwmap分配结构中的starttime字段的惯例(convention)来使用指示帧中的最早时间的其他方法。在该结构中，开始时间可以被提供为从上行帧的开始的以字节为单位的偏移。该分配还可以包括onu被允许发送的字节的数量，这确定了结束时间。

8、该方法可以进一步包括从olt向onu传送onu应当进入功率节省模式的指令。

9、当onu处于功率节省模式时，它可以在上行传输分配之间使其发射器掉电。这可以减少onu的功率消耗。

10、onu可以被配置为在接收到onu应当进入功率节省模式的指令之后的预定数量的帧内进入功率节省模式。

11、onu可能需要一些时间对来自olt的指令作出反应。在一些示例中，onu应当在接收到来自olt的指令的六个帧内进入功率节省模式。

12、控制消息可以包括对应的上行帧期间的在其处onu被分配用于向olt传输数据的机会的时间的指示。控制消息以及onu应当进入功率节省模式的指令可以在相同的下行帧中被传送到onu。例如，olt可以向onu保证每个后续帧中的分配将不会早于当前上行帧中的分配(如bwmap中所定义的)。

13、只要onu尚未处于休眠模式，onu就可以在每个上行帧中被分配传输机会。因此，每个下行帧的bwmap可以包括onu的传输机会的分配。特定的下行帧可以包括控制消息，该控制消息包括在其处onu将被要求针对后续上行帧进行传输的最早时间。最早时间可以与对应的上行帧的传输机会的开始时间相同。

14、pcbd可以包含特定于该功率节省方法的休眠允许消息(其可以称为“休眠允许(间隔式(spaced))”)(例如，在ploamd字段中)。最早时间可以在休眠允许消息中被显式地发送给onu。替代地，onu可以推断最早时间是在相同下行链路帧的pcbd中的bwmap中提供的分配的开始时间。

15、当处于功率节省模式时，onu的发射器可以在第一上行帧中用于向olt传输数据的机会已经结束之后被配置在低功率状态中。发射器可以针对上行帧的剩余部分以及紧接第一上行帧之后的第二上行帧的初始部分保持在低功率状态中。发射器可以在第二上行帧期间在控制消息中指示的最早时间之前被配置在用于向olt发送数据的传输状态中。

16、通过在分配之间使发射器掉电，onu可以减少总功率消耗，同时继续在每个帧中传输上行数据。

17、当处于功率节省模式时，onu的发射器可以在每个上行帧期间在控制消息中指示的最早时间之前被配置在用于向olt发送数据的传输状态中。发射器可以在用于向olt传输数据的机会在相应上行帧中已经结束之后被配置在低功率状态中。发射器可以针对相应上行帧的剩余部分以及在紧接其后的上行帧的初始部分期间保持在低功率状态中。

18、当处于低功率模式时，发射器可能不能够向olt发送数据。低功率模式可以比作关闭发射器。尽管发射器在低功率模式中仍可能消耗功率，但是这可以小于发射器在传输模式中消耗的功率。

19、当处于间隔式休眠模式时，onu可能需要针对每个帧分配将发射器上电并进行发送，即使缓冲器中没有任何内容。这与其他休眠模式形成对照，其他休眠模式使发射器掉电达多于一帧。

20、该方法可以进一步包括从onu向olt传送针对onu进入功率节省模式的请求。onu应当进入功率节省模式的指令可以响应于该请求而被传送。

21、在一些示例中，onu可以具体请求进入间隔式休眠模式以节省功率。在其他示例中，olt可以(例如，根据来自onu的缓冲器占用报告)标识onu几乎不具有或者不具有要发送给olt的上行数据，并且因此指令onu进入间隔式休眠模式，而无需onu对其进行请求。在仍其他示例中，即使onu确实具有要发送的上行数据，olt也可以强制onu进入间隔式休眠模式。

22、该方法可以进一步包括从olt向onu传送onu应当退出功率节省模式的指令。

23、当onu接收到退出功率节省模式的指令并且已经被允许对其进行解码的时间(其可以是6个下行帧)时，olt可以在后续帧中分配早于最早时间的传输机会。olt可以进一步在单个帧中向onu分配多个非连续的传输机会。换句话说，正常规则适用。

24、该方法可以进一步包括从onu向olt传送onu是否具有要向olt传输的数据的指示。onu应当退出功率节省模式的指令可以响应于onu具有要向olt传输的数据的指示而被传送。onu是否具有要向olt传输的数据的指示可以是onu具有要向olt传输的数据的指示，或者可以是onu不具有要向olt传输的数据的指示。替代地，onu是否具有要向olt传输的数据的指示可以是onu具有多少要向olt传输的数据(例如，在上行缓冲器中)的指示。

25、olt可以响应于来自onu的onu具有更多要发送的上行数据的指示来指令onu退出功率节省模式。这可以通过允许onu在上行帧中更早地被分配其他传输机会来改进onu性能，并且因此改进onu的上行带宽。

26、在其他示例中，olt可以响应于超时来指令onu退出功率节省模式。换句话说，onu可以周期性地从间隔式休眠模式退出。

27、该方法可以进一步包括从olt向onu传送如下保证：即，在上行帧和一个或多个后续上行帧期间，onu将被分配有每个上行帧恰好一个用于向olt传输数据的机会。

28、在一些示例中，该保证可以在进入休眠模式的指令中是隐式的。

29、有利的是，如果传输机会被提供在连续块中，则发射器可能不需要被通电(poweron)，而是在上行帧中的传输机会之间空闲(idle)。这可以通过允许发射器仅在分配期间通电并且在分配之间的空闲时段期间掉电来进一步改进功率消耗。

30、此外，如果每个上行帧仅有一个传输机会(分配)，那么这最大化了分配之间的在其期间发射器可以掉电的时间。这可以进一步改进功率消耗。

31、以下各项中的一个或多个可以在下行帧的首部中被传送：

32、针对onu进入功率节省模式的请求；

33、控制消息；

34、onu应当进入功率节省模式的指令；

35、onu将被分配有每个上行帧恰好一个用于传输数据的机会的保证；

36、onu是否具有要向olt传输的数据的指示；以及

37、onu应当退出功率节省模式的指令。

38、上述消息中的一个或多个可以被包含在下行gtc首部的物理控制块(pcbd)中。

39、上述消息中的一个或多个可以是ploam消息。

40、上述消息中的一个或多个可以是嵌入式oam消息。

41、ploam消息是快速的，并且与下行/上行数据(在帧首部中或者在上载中)交换。omci消息被较不频繁地交换，通常用于在每天或每周基础上的配置改变。有利的是，通过在ploam信道上传送休眠请求和允许消息，onu可以响应于上行数据负载中的改变而被快速地配置进入和离开间隔式休眠。这可以改进该系统的灵活性并且减少onu的功率消耗。

42、控制消息可以在下行帧的有效载荷中被传送。这可以在带外信道中。例如，控制消息可以经由omci信道被传送。这在实践中可能如何工作的一个示例是：最早时间可以在onu没有进入间隔式休眠模式的情况下被提前配置。然后，响应于针对上行带宽的需求中的改变，onu可以使用ploam消息被动态地置于间隔式休眠模式中或者从间隔式休眠模式退出。

43、该方法可以进一步包括从onu向olt传送onu能够进入功率节省模式的指示。

44、一些onu可能不支持间隔式休眠模式。即使如此，olt也可以推测性地(speculatively)指令onu进入间隔式休眠模式。如果onu不支持间隔式休眠模式，则它可能以错误来作出响应，或者可能根本不响应。由于从olt的视角，间隔式休眠模式不需要可见行为中的改变(间隔式休眠可以被认为是关于olt分配行为的保证)，因此如果不支持间隔式休眠的onu被指令进入间隔式休眠模式，则它可能不会在olt处导致错误。然而，如果olt从onu的能力中不知道onu支持间隔式休眠模式，则olt可以决定它不应当单方面将onu置于间隔式休眠模式中。这可能是因为上行帧中较晚的分配可能对确实支持间隔式休眠模式的onu更加有利。

45、即使olt不知道onu的能力，olt仍然可以对来自onu的进入间隔式休眠模式的请求作出响应(这是因为如果间隔式休眠不被onu所支持，则onu将不会请求间隔式休眠)。

46、一些olt可能不支持间隔式休眠模式。在这种情况下，来自onu的进入间隔式休眠模式的请求可能导致来自olt的错误消息或无响应。

47、onu能够进入功率节省模式的指示可以在上行帧的有效载荷中被传送。该指示可以在带外信道中。更具体地，该指示可以作为在专用gem信道上运送的omci消息来传送。

48、olt可以通过经由omci信道上的握手的能力数据结构(或表)的传送来发现onu能力。

49、还提供了一种光学线路终端olt或光学网络单元onu，其被配置为实行上面描述的任何方法。

50、还提供了一种计算机软件。该计算机软件包括指令，该指令当在光学线路终端olt或光学网络单元onu的处理器上执行时，使得olt或onu实行上面描述的任何方法。

51、onu和/或ont可以由计算机系统来提供。一种计算机系统可以包括处理器、存储器、数据输入和数据输出。该计算机系统的存储器可以存储以软件形式的指令。当在处理器上执行时，该指令可以使得该计算机系统实行实现本技术中描述的技术所需的方法步骤。